1：傳感器是能感受規(guī)定的被檢測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可輸出信號(hào)的器件或裝置。

一、傳感器的組成

2：傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件及基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。①敏感元件是直接感受被測物理量，并以確定關(guān)系輸出另一物理量的元件（如彈性敏感元件將力，力矩轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變輸出）。②轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件輸出的非電量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)（電阻，電感，電容）及電流或電壓等電信號(hào)。③基本轉(zhuǎn)換電路是將該電信號(hào)轉(zhuǎn)換成便于傳輸，處理的電量。

二、傳感器的分類

1、按被測量對(duì)象分類

（1）內(nèi)部信息傳感器主要檢測系統(tǒng)內(nèi)部的位置，速度，力，力矩，溫度以及異常變化。（2）外部信息傳感器主要檢測系統(tǒng)的外部環(huán)境狀態(tài)，它有相對(duì)應(yīng)的接觸式（觸覺傳感器、滑動(dòng)覺傳感器、壓覺傳感器）和非接觸式（視覺傳感器、超聲測距、激光測距）。

2、傳感器按工作機(jī)理

（1）物性型傳感器是利用某種性質(zhì)隨被測參數(shù)的變化而變化的原理制成的（主要有：光電式傳感器、壓電式傳感器）。

（2）結(jié)構(gòu)型傳感器是利用物理學(xué)中場的定律和運(yùn)動(dòng)定律等構(gòu)成的（主要有①電感式傳感器；②電容式傳感器；③光柵式傳感器）。

3、按被測物理量分類

如位移傳感器用于測量位移，溫度傳感器用于測量溫度。

4、按工作原理分類主要是有利于傳感器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

5、按傳感器能量源分類

（1）無源型：不需外加電源。而是將被測量的相關(guān)能量轉(zhuǎn)換成電量輸出（主要有：壓電式、磁電感應(yīng)式、熱電式、光電式）又稱能量轉(zhuǎn)化型；

（2）有原型：需要外加電源才能輸出電量，又稱能量控制型（主要有：電阻式、電容式、電感式、霍爾式）。

6、按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類

（1）開關(guān)型（二值型）：是“1”和“0”或開(ON)和關(guān)（OFF）；

（2）模擬型：輸出是與輸入物理量變換相對(duì)應(yīng)的連續(xù)變化的電量，其輸入/輸出可線性，也可非線性；

（3）數(shù)字型：①計(jì)數(shù)型：又稱脈沖數(shù)字型，它可以是任何一種脈沖發(fā)生器所發(fā)出的脈沖數(shù)與輸入量成正比；②代碼型（又稱編碼型）：輸出的信號(hào)是數(shù)字代碼，各碼道的狀態(tài)隨輸入量變化。其代碼“1”為高電平，“0”為低電平。

三、傳感器的特性及主要性能指標(biāo)

1、傳感器的特性主要是指輸出與輸入之間的關(guān)系，有靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。

2、傳感器的靜態(tài)特性是當(dāng)傳感器的輸入量為常量或隨時(shí)間作緩慢變化時(shí)，傳感器的輸出與輸入之間的關(guān)系，叫靜態(tài)特性，簡稱靜特性。

表征傳感器靜態(tài)特性的指標(biāo)有線性度，敏感度，重復(fù)性等。

3、傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指傳感器的輸出量對(duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性稱為動(dòng)態(tài)特性，簡稱動(dòng)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性取決于傳感器的本身及輸入信號(hào)的形式。傳感器按其傳遞，轉(zhuǎn)換信息的形式可分為①接觸式環(huán)節(jié)；②模擬環(huán)節(jié)；③數(shù)字環(huán)節(jié)。評(píng)定其動(dòng)態(tài)特性：正弦周期信號(hào)、階躍信號(hào)。

4、傳感器的主要性能要求是：1）高精度、低成本。2）高靈敏度。3）工作可靠。4）穩(wěn)定性好，應(yīng)長期工作穩(wěn)定，抗腐蝕性好；5）抗干擾能力強(qiáng)；6）動(dòng)態(tài)性能良好。7）結(jié)構(gòu)簡單、小巧，使用維護(hù)方便等；

四、傳感檢測技術(shù)的地位和作用

1、地位：傳感檢測技術(shù)是一種隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而迅猛發(fā)展的技術(shù)，是機(jī)電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2、作用：能夠進(jìn)行信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、信息傳遞及信息處理等功能。應(yīng)用：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、加工中心（MC）、計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)（CAM）。

五、基本特性的評(píng)價(jià)

1、測量范圍：是指傳感器在允許誤差限內(nèi)，其被測量值的范圍；

量程：則是指傳感器在測量范圍內(nèi)上限值和下限值之差。

2、過載能力：一般情況下，在不引起傳感器的規(guī)定性能指標(biāo)長久改變條件下，傳感器允許超過其測量范圍的能力。過載能力通常用允許超過測量上限或下限的被測量值與量程的百分比表示。

3、靈敏度：是指傳感器輸出量Y與引起此變化的輸入量的變化X之比。

4、靈敏度表示傳感器或傳感檢測系統(tǒng)對(duì)被測物理量變化的反應(yīng)能力。靈敏度越高越好，因?yàn)殪`敏度越高，傳感器所能感知的變化量越小，即被測量稍有微小變化，傳感器就有較大輸出。K值越大，對(duì)外界反應(yīng)越強(qiáng)。

5、反映非線性誤差的程度是線性度。線性度是以一定的擬合直線作基準(zhǔn)與校準(zhǔn)曲線作比較，用其不一致的*大偏差△Lmax與理論量程輸出值Y（=ymax—ymin）的百分比進(jìn)行計(jì)算。

6、穩(wěn)定性在相同條件，相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)，其輸入/輸出特性不發(fā)生變化的能力，影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間和環(huán)境。

7、溫度影響其零漂，零漂是指還沒輸入時(shí)，輸出值隨時(shí)間變化而變化。長期使用會(huì)產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。

8、重復(fù)性：是衡量在同一工作條件下，對(duì)同一被測量進(jìn)行多次連續(xù)測量所得結(jié)果之間的不一致程度的指標(biāo)；（分散范圍小，重復(fù)性越好）

9、**度：簡稱精度，它表示傳感器的輸出結(jié)果與被測量的實(shí)際值之間的符合程度，是測量值的精密程度與準(zhǔn)確程度的綜合反映。

10、分辨力是指傳感器能檢出被測量的*小變化量。

11、動(dòng)態(tài)特性：反映了傳感器對(duì)于隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)量的響應(yīng)特性，傳感器的響應(yīng)特性必須在所測頻率范圍內(nèi)努力保持不失真測量條件。一般地，利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性型傳感器，響應(yīng)時(shí)間快，工作頻率范圍寬。

12、環(huán)境參數(shù)：指傳感器允許使用的工作溫度范圍以及環(huán)境壓力、環(huán)境振動(dòng)和沖擊等引起的環(huán)境壓力誤差，環(huán)境振動(dòng)誤差和沖擊誤差。

六、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)

1、標(biāo)定（計(jì)量學(xué)稱之為定度）是指在明確傳感器輸入/輸出變換關(guān)系的前提下，利用某種標(biāo)準(zhǔn)器具產(chǎn)生已知的標(biāo)準(zhǔn)非電量（或其它標(biāo)準(zhǔn)量）輸入，確定其輸出電量與其輸入量之間的過程。

2、校準(zhǔn)是指傳感器在使用前或使用過程中或擱置一段時(shí)間再使用時(shí)，必須對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)行復(fù)測或作必要的調(diào)整與修正，以確保傳感器的測量精度。

3、標(biāo)定系統(tǒng)的組成：①被測非電量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器；②待標(biāo)定傳感器；③它所配接的信號(hào)調(diào)節(jié)顯示、記錄器等。

4、靜態(tài)標(biāo)定是給傳感器輸入已知不變的標(biāo)準(zhǔn)非電量，測出其輸出，給出標(biāo)定方程和標(biāo)定常數(shù)，計(jì)算其靈敏度，線性度，滯差，重復(fù)性等傳感器的靜態(tài)指標(biāo)。

5、傳感器的靜態(tài)標(biāo)定設(shè)備有力標(biāo)定設(shè)備，壓力標(biāo)定設(shè)備，溫度標(biāo)定設(shè)備等。

6、對(duì)設(shè)備要求：①具有足夠的精度；②量程范圍應(yīng)與被標(biāo)定傳感器的量程相適應(yīng)；③性能穩(wěn)定可靠，使用方便，能適應(yīng)多種環(huán)境。

7、傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的是檢驗(yàn)測試傳感器的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。

8、動(dòng)態(tài)標(biāo)定指標(biāo)是通過確定其線性工作范圍，頻率響應(yīng)函數(shù)，幅頻特性和相頻特性曲線，階躍響應(yīng)曲線，來確定傳感器的頻率響應(yīng)范圍，幅值誤差和相位誤差，時(shí)間常數(shù)，阻尼比，固有頻率等。

9、常用的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)激勵(lì)設(shè)備有激振器、激波管、周期與非周期函數(shù)壓力發(fā)生器；（其中激振器可用于位移、速度、加速度、力、壓力傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定）

10、傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展方向：⑴開發(fā)新型傳感器。⑵傳感檢測技術(shù)的智能化。⑶復(fù)合傳感器⑷研究生物感官，開發(fā)仿生傳感器。

11、開發(fā)新型傳感器：①利用新材料制作傳感器；②利用新加工技術(shù)制作傳感器；③采用新原理制作傳感器。

12、傳感檢測技術(shù)的智能化：傳感檢測系統(tǒng)目前迅速地由模擬式、數(shù)字式向智能化方向發(fā)展。

功能：①自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)校準(zhǔn)；②自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換；③自動(dòng)選擇功能；④自動(dòng)數(shù)據(jù)處理和誤差修正；⑤自動(dòng)定時(shí)測量；⑥自動(dòng)故障診斷。

**章 位移檢測傳感器

1、移可分為線位移和角位移兩種，測量位移常用的方法有：機(jī)械法，光測法，電測法。

2、位移傳感器的分類：參量型位移傳感器，發(fā)電型位移傳感器，大位移傳感器。

一、參量型位移傳感器

1、參量位移傳感器的工作原理：將被測物理量轉(zhuǎn)化為電參數(shù)，即電阻，電容或電感等。

2、電阻式位移傳感器的電阻值取決于材料的幾何尺寸和物理特征，即R=p L/S

（1）電位計(jì)由骨架、電阻元件、電刷等組成；

（2）電位計(jì)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，輸出信號(hào)大，性能穩(wěn)定，并容易實(shí)現(xiàn)任意函數(shù)關(guān)系，缺點(diǎn)：是要求輸入量大，電刷與電阻元件之間有干摩擦，容易磨損，產(chǎn)生噪聲干擾。

3、⑴線性電位計(jì)的空載特性：Rx=RX/L=KrX(Kr——電位計(jì)的電阻靈敏度)。電位計(jì)輸出空載電壓為Uo=UiX/L=KuX(Ku——電位計(jì)的電壓靈敏度)

   ⑵非線性電位計(jì)空載特性：其電阻靈敏度Kr=DR/Dx,電壓靈敏度Ku=Duo/Dx

4、電阻應(yīng)變式位移傳感器：是將被測位移引起的應(yīng)變?cè)a(chǎn)生的應(yīng)變，經(jīng)后續(xù)電路變換成電信號(hào)，從而測出被測位移。

5、電容式位移傳感器：是利用電容量的變化來測量線位移或角位移的裝置。

   (1)變極距型的電容位移傳感器：有較高的靈敏度，但電容變化與極距變化之間為非線性關(guān)系，其它兩種類型的位移傳感器具有比較好的線性，但敏度比較低。

(2)變極板面積型電容位移傳感器：用于線位移測量，也可用于角位移測量。

(3)變介質(zhì)型電容式位移傳感器：用于位移或尺寸測量的改變介質(zhì)型電容位移傳感器，一般都具有較好的線性特性，但也有輸入/輸出呈非線性關(guān)系。

(4)容柵式電容位移傳感器是在面積型電容位移傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，可分為長容柵和圓容柵。（特點(diǎn)：因多極電容及平均效應(yīng)，分辨力高，精度高，量程大對(duì)刻劃精度和安裝精度要求可有所降低，一種很有發(fā)展前途的傳感器。

6、電容式位移傳感器的絕緣和屏蔽

  （1）若絕緣材料性能不佳，絕緣電阻隨環(huán)境溫度和濕度而變化，還會(huì)使電容位移傳感器的輸出產(chǎn)生緩慢的零位漂移；

  （2）絕緣材料應(yīng)具有高的絕緣電阻、低的膨脹系數(shù)、幾何尺寸的長期穩(wěn)定性和低的吸潮性；

  （3）通常對(duì)電容位移傳感器及其引線采取屏蔽措施，即將傳感器放在金屬殼內(nèi)，接地應(yīng)可靠；

  （4）可以消除不穩(wěn)定的寄生電容，還可以消除外界靜電場和交變磁場的干擾。

7、電感式位移傳感器：將被測物理量位移轉(zhuǎn)化為自感L,互感M的變化，并通過測量電感量的變化確定位移量。主要類型有自感式、互感式'、渦流式和壓磁式。輸出功率大，靈敏度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

  （1）自感式電感位移傳感器原理：纏繞在鐵心的線圈中通以交變電流，產(chǎn)生磁通，形成磁通回路。

   為了提高自感位移傳感器的精度和靈敏度，增大特性的線性度，實(shí)際用的傳感器大部分都作為差動(dòng)式

   改善其性能考慮的因素有：1）損耗問題，2）氣隙邊緣效應(yīng)的影響，3）溫度誤差，4）差動(dòng)式電感位移 傳感器的零點(diǎn)剩余電壓問題。

  （2）互感式位移傳感器（測量范圍*大）：將被測位移量的變化轉(zhuǎn)換成互感系數(shù)的變化，基本結(jié)構(gòu)原理與常用變壓器類似，故稱為變壓器式位移傳感器。

  （3）渦流式位移傳感器：利用電渦流效應(yīng)將被測量變換為傳感器線圈阻抗Z變化的一種裝置。只要分為高頻反射和低頻透射兩類。

二、發(fā)電型位移傳感器

1、發(fā)電型位移傳感器（壓電位移傳感器）是將被測物理量轉(zhuǎn)換為電源性參量。

2、壓電式位移傳感器的基本工作原理是將位移量轉(zhuǎn)換為力的變化，然后利用壓電效應(yīng)將力的變化轉(zhuǎn)換為點(diǎn)信號(hào)。

三、大位移傳感器

1、磁柵式位移傳感器是根據(jù)用途可分為長磁柵和圓磁柵位移傳感器，分別用于測量線位移和角位移。磁頭分動(dòng)態(tài)和靜態(tài)。

2、當(dāng)磁頭不動(dòng)時(shí)，輸出繞組輸出一等幅的正弦或余弦電壓信號(hào)，其頻率仍為勵(lì)磁電壓的頻率，其幅值與磁頭所處的位置關(guān)系。當(dāng)磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，幅值隨磁尺上的剩磁影響而變化。

4、光柵式位移傳感器有測量線位移的長光柵和測量角位移的圓光柵。其性質(zhì)：光柵移動(dòng)方向與莫爾條紋移動(dòng)方向垂直。

5、兩塊光柵作為一個(gè)標(biāo)尺光柵（不動(dòng)的）和一個(gè)指示光柵（動(dòng)的），標(biāo)尺光柵是一個(gè)長條形光柵，光柵長度由所需量程決定。

6、莫爾條紋的性質(zhì)：①當(dāng)兩個(gè)光柵沿刻線垂直方向相對(duì)移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋相對(duì)柵外不動(dòng)點(diǎn)沿著近似垂直的運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)，光柵移動(dòng)一個(gè)柵距W，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距B；②光柵運(yùn)動(dòng)方向改變，莫爾條紋的運(yùn)動(dòng)方向也作相應(yīng)改變；③光柵條紋的光強(qiáng)度隨條紋移動(dòng)按正弦規(guī)律變化。

7、感應(yīng)同步器是利用電磁感應(yīng)原理將線位移和角位移轉(zhuǎn)換成點(diǎn)信號(hào)的一種裝置。根據(jù)用途，可將感應(yīng)同步器分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種，分別用于測量線位移和角位移。

   原理：當(dāng)滑塊的兩相繞組用交流電勵(lì)磁時(shí)，由于電磁感應(yīng)，在定尺的繞組中會(huì)產(chǎn)生與勵(lì)磁電壓同頻率的交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E。當(dāng)滑尺相對(duì)定尺移動(dòng)時(shí)，滑尺與定尺的相對(duì)位置發(fā)生變化，改變了通過定尺繞組的磁通，從而改變了定尺繞組中輸入的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E。

   根據(jù)對(duì)滑尺的正、余弦繞組供給勵(lì)磁電壓方式的不同，又分為鑒相和鑒幅型測試系統(tǒng)。

  特點(diǎn)：①精度較高，對(duì)環(huán)境要求低，可測大位移；②工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)，維護(hù)簡單，壽命長；③對(duì)局部誤差有平均化作用。）

8、激光式位移傳感器結(jié)構(gòu)由：激光器、光學(xué)元件、光電轉(zhuǎn)換元件組成激光測試系統(tǒng)，將被測位移量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。（特點(diǎn)：精度高，測量范圍大、測試時(shí)間短、非接觸、易數(shù)字化、效率高。）

9、激光干涉測長技術(shù)用途：①精密長度測量（磁尺、感應(yīng)同步器、光柵檢定）；②精密機(jī)床位移檢測與校正；③集成電路制作中的精密定位。

10、常用的激光干涉測長傳感器：①單頻激光干涉?zhèn)鞲衅?；②雙頻激光干涉?zhèn)鞲衅鳌?/span>

第三章 力、扭矩和壓力傳感器

一、測力傳感器

1：測量力的傳感器多為電氣式，根據(jù)轉(zhuǎn)換方式分為參量型和發(fā)電型。參量型測力傳感器有電阻應(yīng)變式，電容式，電感式，發(fā)電型測力傳感器有壓電式，壓磁式。

2：電阻式應(yīng)變測力傳感器原理是將力作用在彈性元件上，彈性元件在力作用下產(chǎn)生應(yīng)變，利用貼在彈性元件上應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的變化，然后利用電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，在送入測量放大電路測量。

彈性元件：（1）柱型彈性元件；（2）薄壁環(huán)型彈性元件；（3）梁型彈性元件：懸臂梁式、兩端固定梁式。

3、應(yīng)變片是非電量電測中一種常見的轉(zhuǎn)換元件。，由于應(yīng)變片使用簡單，測量精度高，體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，應(yīng)用廣。

4、金屬絲的作用是感受機(jī)械試件的應(yīng)變變化，稱為敏感柵。

5、對(duì)金屬絲的要求：（1）具有較高的電阻系數(shù)（單位長度的電阻要大）；（2）具有盡可能大的電阻應(yīng)變靈敏度系數(shù)；（3）具有較小的溫度系數(shù)；（4）具有較高的彈性極限，以便得到較寬的應(yīng)變測量范圍；（5）良好的加工性和焊接性；（6）對(duì)銅的熱電動(dòng)勢(shì)要小。

6、底基的作用：是將試件的應(yīng)變準(zhǔn)確地傳給敏感柵，所以底基應(yīng)具有較低的彈性模量，較高的絕緣電阻，良好的抗?jié)窨篃嵝阅?。（常用底基：紙基、膠基、玻璃纖維布基）

 紙基制作簡單，價(jià)格便宜，比較柔軟，易于粘貼，應(yīng)變極限打，但耐潮濕性和耐熱性差。

 膠基比紙基更柔軟，且具有較好的絕緣性，較高的彈性，耐熱和耐潮濕性都較好，

7、箔式電阻應(yīng)變片：敏感柵是用（3~5）um厚的金屬箔粘于膠基上，用光刻技術(shù)加工成需要的形狀。

   優(yōu)點(diǎn)：（1）金屬箔很薄，因而所感受的應(yīng)力狀態(tài)與試件表面的應(yīng)力狀態(tài)更接近；（2）箔式敏感柵面積大，散熱條件好，允許通過較大的電流，靈敏度較高，輸出信號(hào)功率比較大，為絲式電阻應(yīng)變片的100~400倍；（3）箔式敏感柵的尺寸可以做的很準(zhǔn)確，基長可以很短，并能制成任意形狀，從而可擴(kuò)大使用范圍；（4）便于成批生產(chǎn)。

   缺點(diǎn)：生產(chǎn)工序復(fù)雜，引線的焊點(diǎn)采用錫焊，不適于在高溫環(huán)境中測量，另外價(jià)格比較高。

8、半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于壓阻效應(yīng)。

  （1）壓阻效應(yīng)是指固體受到應(yīng)力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化。這就叫壓阻效應(yīng)。

  （2）優(yōu)點(diǎn)：半導(dǎo)體應(yīng)變片橫向效應(yīng)小，其橫向靈敏度幾乎為零；機(jī)械滯后小，可制成小型和超小型片子。

  （3）缺點(diǎn)：應(yīng)變靈敏系數(shù)的離散性大，機(jī)械強(qiáng)度低，非線性誤差大，溫度系數(shù)大，使用于需要大信號(hào)輸出場合。

9、應(yīng)變片的布置和接橋方式：電橋又單臂、雙臂、四臂工作方式（平衡條件U。=0  R₁R₃=R₂R₄）

10、壓電式傳感器是基于壓電元件的壓電效應(yīng)而工作的。壓電效應(yīng)有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。

  （1）正壓電效應(yīng)是當(dāng)某些晶體沿一定方向受外力作用而變形時(shí)，在其相應(yīng)的兩個(gè)相對(duì)表面產(chǎn)生極性相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，電荷的極性取決于變形的形式。

  （2）逆壓電效應(yīng)是當(dāng)某些晶體的極化方向施加外電場，晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)外電場撤去后，變形也隨之消失。

   電壓式傳感器的前置放大器的輸入阻抗應(yīng)盡可能的高。

11、壓電式力傳感器是利用壓電晶體的縱向和剪切向壓電效應(yīng)。（單分量和多分量）

12、電荷放大器的選擇：要求電荷放大器輸入阻抗高于10¹²Ω，低頻響應(yīng)為0.001Hz

13、壓磁效應(yīng)是在機(jī)械力作用下，鐵磁材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力變化，使磁導(dǎo)率發(fā)生變化，磁阻相應(yīng)也發(fā)生的現(xiàn)象。外力是拉力時(shí)，在作用力方向鐵磁材料磁導(dǎo)率提高，垂直作用力方向磁導(dǎo)率降低；作用力為壓力時(shí)，則反之

14、壓磁式力傳感器工作原理是根據(jù)壓磁效應(yīng)原理，當(dāng)在一次側(cè)繞組通過交變勵(lì)磁電流時(shí)，鐵心中產(chǎn)生磁場，由于壓磁元件在未受力時(shí)各向同性，磁力線呈軸對(duì)稱分布。

15、壓磁式力傳感器結(jié)構(gòu)主要是由壓磁元件，彈性機(jī)架，基座和傳力鋼球等組成。

二、扭矩傳感器

1、電阻應(yīng)變式扭矩傳感器的工作原理是在軸類零件受扭矩作用時(shí)，在其表面產(chǎn)生切應(yīng)變，此應(yīng)變可用電阻應(yīng)變片測量。（集流環(huán)按工作原理分類：電刷-滑環(huán)式、水銀式、感應(yīng)式。）

2、壓磁式扭矩儀又叫磁彈式扭矩儀工作原理是根據(jù)磁彈效應(yīng)，受扭矩作用的軸的導(dǎo)磁性發(fā)生相應(yīng)變化，即磁導(dǎo)率發(fā)生變化，從而引起線圈的感抗變化，通過測量電路測量感抗的變化可確定扭矩。

3、電容式扭矩測量儀工作原理是利用機(jī)械結(jié)構(gòu)，將軸受扭矩作用后的兩端相對(duì)轉(zhuǎn)角變化變換成電容器兩極板之間的相對(duì)有效面積的變化，引起電容量的變化來測量扭矩。其*要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，測量時(shí)它需要集流裝置傳輸信號(hào)。

4、光電式扭矩測量儀：這種扭矩傳感器的工作轉(zhuǎn)速為（100~800）r/min，測量精度為1%。

5、鋼弦式扭矩傳感器是將扭矩轉(zhuǎn)換成鋼弦固有頻率變化進(jìn)行工作。（優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，允許導(dǎo)線長達(dá)幾百米到幾千米，測量精度可達(dá)±1%。）

三、壓力式傳感器

1、彈性式壓力傳感元件有：波登管、膜片和波紋管三類。

2、電量式壓力計(jì)是用各種傳感器或測量元件將壓力變換成電量或電參數(shù)，再經(jīng)后接相應(yīng)的測量電路進(jìn)一步變換，*后由顯示或記錄儀顯示或記錄下來，以實(shí)現(xiàn)壓力測量的裝置。常用的測壓力系統(tǒng)所用的傳感器有電容式，電感式，電阻式，渦流式，壓電式。

  （1）電容式壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)換成電容的變化，經(jīng)電路變換成電量輸出。其特點(diǎn)是靈敏度高，適合測量微壓，頻響好，抗干擾能力較強(qiáng)。

  （2）應(yīng)變式壓力傳感器的工作原理是利用應(yīng)變片將彈性元件在壓力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電量的變化。應(yīng)變式壓力傳感器體積小重量輕，精度高，測量范圍寬，從幾帕到500MPa，頻響高，同時(shí)耐壓，抗振，應(yīng)用廣泛。

  （3）壓阻式壓力傳感器是利用壓阻效應(yīng)將壓力變換成電阻的變化實(shí)現(xiàn)壓力測量。其特點(diǎn)是頻響寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，測量范圍從幾Pa到三億Pa，適用于爆炸，沖擊壓力的測量。

  （4）電感式壓力傳感器是將壓力變化轉(zhuǎn)換成電感變化，通過測量電路再將電感變化轉(zhuǎn)換成電量實(shí)現(xiàn)壓力測量。其特點(diǎn)是頻響低，使用于靜態(tài)或變化緩慢壓力的測試。

  （5）渦流式壓力傳感器屬于電感式壓力傳感器中的一種，它是利用渦流效應(yīng)將壓力變換成線圈阻抗的變化，再經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換成電量。它有良好的動(dòng)態(tài)特性，適合在爆炸等極其惡劣的條件下工作，如測量沖擊波。

  （6）霍爾式壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理是波登管在壓力作用下其末端產(chǎn)生位移，帶動(dòng)了霍爾元件在均勻梯度的磁場中運(yùn)動(dòng)。由于波登管的頻響較低，適用于靜態(tài)或變化緩慢壓力的測量。

  （7）壓電式壓力傳感器工作原理是壓力通過膜片或活塞，壓塊作用在晶片上，晶片上是產(chǎn)生了電荷，經(jīng)后接放大器的變換，由顯示或記錄儀器顯示或記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的測量。其特點(diǎn)是具有頻響寬，可測壓力范圍大，體積小，重量輕，安裝方便，可測多向壓力等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，適用于測動(dòng)態(tài)力和沖擊力，但不適于測靜態(tài)力。

第四章 速度、加速度傳感器

一、速度傳感器

1、測速發(fā)電機(jī)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中用于測量和自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種傳感器。它由繞組的定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。

2、根據(jù)勵(lì)磁電流的種類，測速發(fā)電機(jī)分為直流測速發(fā)電機(jī)（電磁式和永磁式兩種）和交流測速發(fā)電機(jī)兩類。

3、在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)測速發(fā)電機(jī)的主要要求有：①輸出電壓對(duì)轉(zhuǎn)速應(yīng)保持較精準(zhǔn)的正比關(guān)系。②轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小。③靈敏度要高，即測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓對(duì)轉(zhuǎn)速的變化反應(yīng)要靈敏。

   (1)直流測速發(fā)電機(jī)是一種微型直流發(fā)電機(jī)。其工作原理是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在恒定磁場中，旋轉(zhuǎn)的電樞繞組切割磁通，并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而后測速的發(fā)電機(jī)。

   (2)空載時(shí)，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓和電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，因而輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。

     負(fù)載時(shí)，測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓應(yīng)比空載時(shí)小，這是電阻r_s（**繞組）的電壓降造成的。

   (3)直流測速電動(dòng)機(jī)在理想情況下系數(shù)Ce和C與輸出電壓之間的關(guān)系：C=Ce/(1+Rs/Rl),Vcf=CeN/(1+Rs/Rl).

  （3）直流測速電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生誤差的原因和改進(jìn)方法？

①有負(fù)載時(shí)，電樞反映去磁作用的影響，使輸出電壓不再與轉(zhuǎn)速成正比，遇到這種問題可以在定子磁極上安裝補(bǔ)償繞組，或使負(fù)載電阻大于規(guī)定值。

②電刷接觸降壓的影響，這是因?yàn)殡娝⒔佑|電阻是非線性的，即當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，相應(yīng)的電樞電流較小時(shí)接觸電阻較大，從而使輸出電壓很小，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速較高，電樞電流較大時(shí)，電刷壓降才可以認(rèn)為是常數(shù)，為了減小電刷接觸壓降的影響，即縮小不靈敏區(qū)，應(yīng)采用接觸壓降較小的銅-石墨電極或銅電極，并在它與換向器相接觸的表面上鍍銀。

    ③溫度影響，這是因?yàn)閯?lì)磁繞組中長期流過電流易發(fā)熱，其電阻值也相應(yīng)增大，從而使勵(lì)磁電流減小的緣故，在實(shí)際使用中可在直流測速發(fā)電機(jī)的繞組回路中串聯(lián)一個(gè)電阻值較大的附加電阻，在接到勵(lì)磁電源上。

4、交流測速電動(dòng)機(jī)可分為永磁式，感應(yīng)式和脈沖式三種。

  交流測速電動(dòng)機(jī)的工作原理是利用定子，轉(zhuǎn)子齒槽相互的位置的變化，使輸出繞組中的磁通產(chǎn)生脈沖，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種工作原理稱為感應(yīng)子式發(fā)電機(jī)原理。

5、線振動(dòng)速度傳感器的工作原理是當(dāng)一個(gè)繞有N匝的線圈作垂直于磁場方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈切割磁力線，由法拉第電磁感應(yīng)定律可得其線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

6、陀螺式角速度傳感器分為：轉(zhuǎn)子陀螺、壓電陀螺、激光陀螺、光纖陀螺。

  （1）轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器是一種慣性傳感器，安裝簡單，使用方便，但有機(jī)械活動(dòng)部件，被測角速度范圍±30°~120°/s，質(zhì)量較大，成本高，壽命低。

  （2）壓電陀螺式利用壓電晶體的壓電效應(yīng)工作，分：振梁型、雙晶片型、圓管型。

  （3）光纖陀螺式：具有無機(jī)械傳動(dòng)部件、無需預(yù)熱時(shí)間、對(duì)加速度不敏感、動(dòng)態(tài)范圍寬、體積小、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。

7、霍爾式傳感器的工作原理是利用霍爾元件組成的傳感器，在被測物上粘有多對(duì)小磁鋼，霍爾元件固定于小磁鋼附近，當(dāng)被測物轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每當(dāng)一個(gè)小磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾元件，霍爾元件輸出一個(gè)相應(yīng)的脈沖，測得單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，即可得被測物的轉(zhuǎn)速和角速度。

8、電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理是在傳感器靠近在被測物上設(shè)定的等距標(biāo)記安裝，當(dāng)被測物轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器輸出頻率與轉(zhuǎn)速成正比的信號(hào)。

9、半導(dǎo)體硅流速傳感器的工作原理是依據(jù)發(fā)熱體與放置發(fā)熱體的流體介質(zhì)的熱導(dǎo)率與流體流速相關(guān)原理制成的。

二、加速度傳感器

1、常用加速度傳感器的種類有壓電式，應(yīng)變式，磁致伸縮式。

2、壓電式加速度傳感器的頻率范圍廣、動(dòng)態(tài)范圍寬、靈敏度高，故應(yīng)用較為廣泛

壓電加速度傳感器的工作原理是利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)可構(gòu)成不同使用要求的振動(dòng)加速度傳感器來制作的。

常用的三種原理結(jié)構(gòu)式壓縮型，剪切型，彎曲型。其特點(diǎn)是它可以作得很小，重量很輕，對(duì)被測機(jī)構(gòu)的影響就小，壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高，輸出的能量很微小，要在接高輸入阻抗的前置放大器。放大器有兩種是電壓放大器和電荷放大器。

電荷放大器輸出電壓與電纜分布電容無關(guān)。 一般加速度傳感器的尺寸越大，其固有頻率越低

3、應(yīng)變式加速度傳感器的工作原理是經(jīng)過質(zhì)量-彈簧慣性系統(tǒng)將加速度轉(zhuǎn)換為力，再將力作用于彈性元件，從而將力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，通過測量應(yīng)變可以測量加速度。

第五章 視覺、觸覺傳感器

1：視覺傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用有三種：①進(jìn)行位置檢測。②進(jìn)行圖像識(shí)別③進(jìn)行物體形狀，尺寸缺陷的檢測。

2：視覺傳感器（以光電變換為基礎(chǔ)）的組成及各組成環(huán)節(jié)的作用？

(1)照明部：為了從被測物體得到光學(xué)信息而需要照明，是充分發(fā)揮傳感器性能的重要條件。

(2)接受部：由透鏡和慮光片組成，具有聚成光學(xué)圖像或抽出有效信息的功能。

(3)光電轉(zhuǎn)換部：將光學(xué)圖像信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

(4)掃描部：將二維圖像的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間序列的一維信號(hào)。

在機(jī)器人領(lǐng)域，幾乎都是采用工業(yè)電視攝像機(jī)作為視覺傳感器。

3：光電式攝像機(jī)是由接收部分，光電轉(zhuǎn)換部分和掃描部分組成的二維視覺傳感器。

4：固體半導(dǎo)體攝像機(jī)原理是由許多光電二極管組成陣列，作為攝像機(jī)的感光部分以代替光導(dǎo)攝像管。它是由攝像元件（CCD），信號(hào)處理電路，驅(qū)動(dòng)電路和電源組成。攝像元件（CCD）是一種MOS行晶體開光集成電路。

5：二維CCD攝像元件的構(gòu)成主要有隔行傳送方式和幀傳送方式兩種。

6：激光式視覺傳感器的原理是利用激光作為定向性高密度光源的視覺傳感器構(gòu)成的，這種傳感器用作激光掃描器來識(shí)別商品上的條形碼。

7：紅外圖像傳感器原理是把波長（2~20）um的紅外光圖像變換成如同電視圖像的時(shí)序掃描信號(hào)輸出的傳感器。它通常由紅外敏感元件和電子掃描電路組成。

8：人工視覺（機(jī)器視覺）：使用機(jī)器的自動(dòng)化刀法實(shí)現(xiàn)類似人類視覺的功能。

人工視覺系統(tǒng)的硬件構(gòu)成一般由圖像輸入，圖像處理，圖像存儲(chǔ)和圖像輸出四個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。各部件的用途是（1）圖像輸入是通過視覺傳感器將對(duì)象物體變成二維或三維圖像，再經(jīng)光電變換將光信號(hào)變成電信號(hào)，通過掃描采樣將圖像分解成許多像素，再把表示各個(gè)像素信息的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理。（2）圖像處理是對(duì)獲取的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理（前處理），以濾去干擾，噪聲，并作幾何，色彩方面的校正，以提高信噪比。目的是改善圖像質(zhì)量，以利于進(jìn)行圖像識(shí)別。（3）圖像存儲(chǔ)是把表示圖像各個(gè)像素的信息送到存儲(chǔ)，以備調(diào)用。圖像的信息量大。（4）圖像輸出分為兩類：?一類是只要求瞬時(shí)知道處理結(jié)果，以及計(jì)算機(jī)用對(duì)話形式進(jìn)行處理的顯示終端，該類稱為軟拷貝。?另一類是可長時(shí)間保存結(jié)果，稱為硬拷貝。

9：物體圖像信息的輸入識(shí)別物體前先將物體的有關(guān)信息輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)。被輸入的信息主要有明亮度信息，顏色信息和距離信息。

10：圖像處理的方法有微分法和區(qū)域法。

10：接觸覺傳感器*早是微動(dòng)開關(guān)。它工作范圍寬，不受電，磁干擾，簡單，易掌握，成本低，但響應(yīng)速度低，動(dòng)作壓力高。原理：它們都是通過在一定接觸力下，切換通—斷狀態(tài)，輸出高或低的電平信號(hào)，以表示是否發(fā)生接觸。

11：硅橡膠觸覺傳感器的工作原理是硅橡膠與金屬電極對(duì)置，接觸，硅橡膠受壓其電阻值就改變，當(dāng)金屬電極受力壓硅橡膠時(shí)，輸出電壓相應(yīng)變化。

12：壓覺傳感器定義通過高密度配置這種傳感器，可以獲得同物體接觸時(shí)各部分不同的壓力，將該壓力變換成相應(yīng)處的電壓信號(hào)，可以獲得關(guān)于物體形狀的信息。特點(diǎn)：動(dòng)作準(zhǔn)確，精度高，缺點(diǎn)是體積大，不能高密度配置。

13：滑動(dòng)覺傳感器應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人手指把持面與操作對(duì)象之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制指部的夾緊力。

第六章 溫度傳感器

1：溫度代表物質(zhì)的冷熱程度，是物體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志。測量溫度的方法有接觸式和非接觸式。

2：接觸式的特點(diǎn)是感溫元件與被測對(duì)象直接物理接觸，進(jìn)行熱傳導(dǎo)。

3：非接觸式的特點(diǎn)是感溫元件與被測對(duì)象不物理接觸，而是通過熱輻射進(jìn)行熱傳遞。

4：熱電偶式溫度傳感器屬于接觸式熱電動(dòng)勢(shì)型傳感器，它的工作原理是熱電效應(yīng)。

   熱點(diǎn)效應(yīng)：當(dāng)兩種不同金屬導(dǎo)體兩端相互緊密地連接在一起組成一個(gè)閉合電路時(shí)，由于兩個(gè)接觸點(diǎn)溫度T'和T₀不同，回路中將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，并有電流通過，這種把熱能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。

5：熱電動(dòng)勢(shì)由接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)組成。

6：接觸電動(dòng)勢(shì)是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動(dòng)勢(shì)。

7：溫差電動(dòng)勢(shì)是在同一根導(dǎo)體中由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。

   中間導(dǎo)體定律：導(dǎo)體a，b組成的熱電偶，當(dāng)引入第三個(gè)導(dǎo)體時(shí)，只要保持其兩端溫度相同，則對(duì)總熱電動(dòng)勢(shì)無影響，這一結(jié)論被稱為中間導(dǎo)體定律

8：熱電偶通常由熱電極，絕緣材料，接線盒和保護(hù)套組成。

9：熱電偶可分為：（1）普通熱電偶：主要用于測量液體和氣體的溫度。

（2）鎧裝熱電偶（纜式熱電偶）：特點(diǎn)是測量結(jié)熱容量小，熱慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，撓性好，適用于普通熱電偶不能測量的空間溫度。

（3）薄膜熱電偶：主要用于測量固體表面小面積瞬時(shí)變化的溫度，特點(diǎn)是熱容量小，時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)速度快。

 (4)并聯(lián)熱點(diǎn)偶：它是把幾個(gè)同一型號(hào)的熱電偶的同性電極參考端并聯(lián)在一起。適用于測量平均溫度。

 (5)串聯(lián)熱電偶：（熱電堆）

10：熱電偶參考端電位補(bǔ)償法有：恒溫法，溫度修正法，電橋補(bǔ)償法，冷端補(bǔ)償法，電位補(bǔ)償法。

11：電位補(bǔ)償法是在熱電偶回路中接入一個(gè)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)勢(shì)。

12：熱電阻式傳感器可分為金屬熱電阻式和熱敏電阻式。

13：金屬熱電阻式溫度傳感器是電阻體，電阻體是由金屬導(dǎo)體構(gòu)成的。

14：熱電阻的結(jié)構(gòu)主要由不同材料的電阻絲繞制而成，為了避免通過交流電時(shí)產(chǎn)生感抗，或有交變磁場時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在繞制時(shí)采用雙線無感繞制法。

15：熱敏電阻式溫度傳感器的感溫元件是對(duì)溫度非常敏感的熱敏電阻，所用材料是陶瓷半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性取決于電子-空穴的濃度。其特點(diǎn)是熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬熱電阻大，體積小，重量輕，很適用于小空間溫度測量，它的熱慣性小，反應(yīng)速度快，適用于測量快速變化的溫度。

16：非接觸式溫度傳感器采用熱輻射和光電檢測的方法。其工作機(jī)理是當(dāng)物體受熱后，電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能增加，有一部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠芰康亩嗌倥c物體的溫度有關(guān)，當(dāng)溫度較低時(shí)，輻射能力很弱；當(dāng)溫度較高時(shí)，輻射能力很強(qiáng)。

17：非接觸式溫度傳感器可分為全輻射式溫度傳感器，亮度式溫度傳感器和比色式溫度傳感器。

18：全輻射溫度傳感器是利用物體的全光譜范圍內(nèi)總輻射能量與溫度的關(guān)系測量溫度。特點(diǎn)是適用于遠(yuǎn)距離，不能直接接觸的高溫物體，其范圍是（100~2000度）

19：亮度式溫度傳感器利用物體的單色輻射亮度隨溫度變化的原理，并以被測物體光譜的一個(gè)狹窄區(qū)域內(nèi)的亮度與標(biāo)準(zhǔn)輻射體亮度進(jìn)行比較來測量溫度。特點(diǎn)是量程較寬，有較高的測量精度，一般用于測量（700~3200度）范圍的澆鑄。軋鋼，鍛壓，熱處理時(shí)的溫度。

20：比色溫度傳感器以測量兩個(gè)波長的輻射亮度之比為基礎(chǔ)。特點(diǎn)是用于連續(xù)自動(dòng)檢測鋼水，鐵水，爐渣和表面沒有覆蓋物的高溫物體溫度，其量程為（800~2000）度，測量精度為0.5%。它的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，測量范圍寬，測量溫度接近于實(shí)際值。

21：半導(dǎo)體溫度傳感器以半導(dǎo)體P-N結(jié)的溫度特性為理論基礎(chǔ)的。是利用晶體二極管與晶體三極管為感溫元件。采用半導(dǎo)體二極管作溫度傳感器，有簡單，價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)，用它可制成半導(dǎo)體溫度計(jì)，測量范圍在（0~50）度。用晶體三極管制成的溫度傳感器測量精度高，測量范圍較寬在（-50~150）度之間，因而用于工業(yè)，醫(yī)療等領(lǐng)域的測量儀器或系統(tǒng)。都還有很好的長期穩(wěn)定性

第七章 氣敏、濕度、水份傳感器

一、氣敏傳感器

1：氣敏傳感器是一種將檢測到的氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。

2：氣敏元件的工作機(jī)理是吸附效應(yīng)。半導(dǎo)瓷氣敏電阻值將隨吸附氣體的數(shù)量和種類而改變。

3：如果材料的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向材料釋放電子而成為正離子吸附。氧氣和氮氧化合物傾向于負(fù)離子吸附，稱為氧化型氣體。

4：氫氣，CO碳?xì)浠衔锖途祁悆A向于正離子吸附，稱為還原型氣體。

5：半導(dǎo)瓷氣敏元件與半導(dǎo)體單晶體相比，具有工藝簡單，使用方便，價(jià)格便宜，對(duì)氣體濃度變化響應(yīng)快，即使在低濃度下靈敏度也很高等優(yōu)點(diǎn)，故可用于制作多種具有實(shí)用價(jià)值的氣敏元件。其缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差，老化較快。

6：常用氣敏元件的種類按其結(jié)構(gòu)可分為：燒結(jié)型，薄膜型和厚膜型。

7：（1）燒結(jié)型器件的一致性較差，機(jī)械強(qiáng)度也不高，但它價(jià)格便宜，工作壽命較長，應(yīng)用廣泛。（2）薄膜型氣敏元件（如氧化錫，ZnO氣敏性*好）為物理性附著系統(tǒng)，器件之間的性能差異仍較大。（3）厚膜氣敏元件的一致性較好，機(jī)械強(qiáng)度高，適于批量生產(chǎn)。

8：氣敏元件的幾種應(yīng)用實(shí)例有：①氣敏電阻檢漏報(bào)警器。②礦燈瓦斯報(bào)警器。③一氧化碳報(bào)警器。④煤氣傳感器。它可分為半導(dǎo)式和接觸燃燒式。

二、濕度傳感器

9：濕敏元件是利用濕敏材料吸收空氣中的水份而導(dǎo)致本身電阻值發(fā)生變化的原理制成的。優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，體積小，壽命長，可以進(jìn)行遙測和集中控制。

10：濕度是指大氣中所含的水蒸氣量。*常用的兩種方法是優(yōu)良濕度和相對(duì)濕度。

11：優(yōu)良濕度是指一定大小空間中水蒸氣的優(yōu)良含量。

12：相對(duì)濕度是指為某一被測蒸氣壓與相同溫度下飽和蒸氣壓比值的百分?jǐn)?shù)，這是一個(gè)無量綱值。

13：氯化鋰濕敏電阻式利用吸濕性鹽類潮解，離子導(dǎo)電率發(fā)生變化而制成的測濕元件。

14：負(fù)特性濕敏半導(dǎo)瓷是由于它們的電阻率隨濕度的增加而下降。

15：正特性濕敏半導(dǎo)瓷是一類材料（Fe3O4半導(dǎo)瓷）的電阻率隨著濕度的增加而增大。

16：半導(dǎo)體陶瓷濕敏元件的材料，主要是不同類型的金屬氧化物。

    半導(dǎo)體濕敏元件具有較好的熱穩(wěn)定性，較強(qiáng)的抗沾污能力，能在惡劣，易污染的環(huán)境中測得準(zhǔn)確的濕度數(shù)據(jù)，而且有響應(yīng)快，使用溫度范圍寬（可在150度以下使用），可加熱清洗。

17：熱敏電阻式濕敏元件特點(diǎn)和應(yīng)用是：（1）靈敏度高且響應(yīng)速度快，（2）滯后現(xiàn)象：（3）不像干濕球溫度計(jì)需要水和紗布及其它維修保養(yǎng)：（4）可連續(xù)測量：（5）抗受風(fēng)，油，塵埃能力強(qiáng)。應(yīng)用：使用這種優(yōu)良濕度傳感器的濕度調(diào)節(jié)，可制造出精密的恒濕槽。

18：高分子膜濕敏元件它用于工業(yè)濕度計(jì)測中。

19：高分子膜濕度傳感器的工作原理是以隨高分子膜吸收或放出水份兒引起電導(dǎo)率或電容變化測量環(huán)境相對(duì)濕度的裝置。

20：電子濕度計(jì)的構(gòu)成它由檢測部分（有攜帶型，墻袋型和凸緣型三種傳感器），數(shù)字顯示器和變換器等構(gòu)成。

21：高分子膜濕敏元年的主要用途是廣泛用于濕度監(jiān)視，記錄和控制，尤其可用于普通濕度計(jì)難以測量的小于20%RH的濕度中，濕度計(jì)使用在超過90%RH的高濕度區(qū)域中會(huì)出現(xiàn)結(jié)露，結(jié)露時(shí)，濕度傳感器在沾濕間歇不能測量，一旦沾濕現(xiàn)象消失，恢復(fù)原來特性。

22：結(jié)露傳感器的優(yōu)點(diǎn)是（1）實(shí)際使用時(shí)，傳感器特性并不因表面的垃圾和塵埃以及其它氣體的污染而受影響。（2）可以用于高濕狀態(tài)。（3）具有快速開關(guān)特性，所以工作點(diǎn)變動(dòng)小。（4）工作電路可用直流電壓。

三、水份傳感器

23：水份是存在于物質(zhì)中水的數(shù)量，以百分比表示。該項(xiàng)指標(biāo)是掌握物質(zhì)保存狀態(tài)和質(zhì)量管理的指標(biāo)。

24：水份傳感器（水份計(jì)）有直流電阻型，高頻電阻型，電容率型，氣體介質(zhì)，近紅外型，中子型和核磁共振型。

25：水份傳感器的工作原理是利用了被測物質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)，高分子物質(zhì)的電阻R與其含水率M之間的關(guān)系，通過測定電阻值，就能測定水份含量。。

26：直流電阻式水份傳感器的工作原理是利用微型計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存了溫度修正以及各種試樣水份與電阻值相關(guān)的特性，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行各種試樣的水份測定。

第八章 傳感檢測系統(tǒng)的構(gòu)成

一：電橋

1：傳感檢測系統(tǒng)的組成及其各環(huán)節(jié)的功能是：通常是由傳感器，中間轉(zhuǎn)換電路，微機(jī)接口電路，分析處理及控制顯示電路等部分組成，分別完成信息的獲取，轉(zhuǎn)換，傳輸，分析處理，顯示記錄等功能。

2：電橋是把電阻，電感和電容等元件參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓或電流的一種測量電路。這種測量電路簡單直接，而且精度和靈敏度都較高，在緝拿側(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用較多。

3：按電源的不同電橋分為直流電橋和交流電橋。按電橋的工作方式可分為平衡電橋和不平衡電橋。按電橋被測電阻的接入方式可分單臂電橋和差動(dòng)電橋。

4：直流電橋是在電橋的輸入端加入直流電源E。

5：交流電橋是采用交流電源供電的電橋。

6：當(dāng)用電橋進(jìn)行測量時(shí)，可采用零測法和偏差測量法。

7：平衡狀態(tài)的應(yīng)用是基于零測法。利用熱電阻傳感器測量溫度，應(yīng)用的就是電橋的平衡狀態(tài)。它一般適合于測量靜態(tài)值。不平衡狀態(tài)的應(yīng)用基于偏差測量法。它既可以測量靜態(tài)值又可以測量動(dòng)態(tài)值，其測量精度受檢流計(jì)的精度及電源穩(wěn)定性的影響，但能滿足實(shí)際測量的要求。

8：衡量電橋的工作特性質(zhì)量的兩項(xiàng)指標(biāo)是電橋的靈敏度及電橋的非線性誤差。

9：電橋的靈敏度是指單位輸入量時(shí)的輸出變化量。

10：電橋調(diào)零是在測量時(shí)，由于是利用了電橋的不平衡輸出反映被測量的變化情況，因此，測量前電橋的輸出應(yīng)調(diào)為零，稱為電橋調(diào)零。

11：電橋調(diào)零通常采用串聯(lián)調(diào)零和并聯(lián)調(diào)零兩種方法。串聯(lián)調(diào)零電路，微調(diào)電位器Rw串聯(lián)在橋路中，它多用在橋臂參數(shù)R值較大的場合。調(diào)零電位器的阻值Rw<<Ro為并聯(lián)調(diào)零電路，微調(diào)電位器Rw并聯(lián)在電橋輸出端，多用在橋臂參數(shù)R值較小的場合。

三：調(diào)制與解調(diào)

12：調(diào)制是指將直流信號(hào)換成交流信號(hào)的過程。常用的調(diào)制器有晶體管調(diào)制器和提高輸出電壓的晶體管調(diào)制器。

13：調(diào)解是指當(dāng)直流信號(hào)被調(diào)制成交流信號(hào)后，若再將該交流信號(hào)還原成直流信號(hào)。常用的調(diào)制器是二極管調(diào)制器和三極管調(diào)制器。

四：濾波器

14：濾波方式有無源濾波，有源濾波和數(shù)字濾波。

15：若檢測系統(tǒng)中對(duì)濾波要求不太高，可以采用無源濾波器。無源濾波器電路簡單缺點(diǎn)是帶負(fù)載能力差。

16：一階低通濾波器是指傳遞函數(shù)為一階。它適用于精度要求不高的場合。高通濾波器是指RC電路具有高頻信號(hào)容易通過并抑制低頻信號(hào)的作用。

17：帶通濾波器用于通過某一頻段的信號(hào)，而將此頻段以外的信號(hào)加以抑制或衰減。衡量帶通濾波器的工作特性好壞的重要指標(biāo)是品質(zhì)因數(shù)，其定義為中心頻率fo與通頻帶寬度B之比。在fo一定的條件下，Q越大通頻帶越窄，選擇性越好。

18：有源濾波器由運(yùn)算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)組成。

19：有源濾波器與無源濾波器相比具有的優(yōu)點(diǎn)是（1）有源濾波器不用電感線圈，因而在體積，重量，價(jià)格，線性等方面具有明顯的優(yōu)越性，便于集成化。（2）由于運(yùn)算放大器輸入阻抗高，輸出阻抗低，可以提供良好的隔離性能，并可提供所需增益。（3）可以使低頻截止頻率達(dá)到很低范圍。

20：一階低通濾波器的缺點(diǎn)是對(duì)截止頻率以外的信號(hào)衰減較慢，因此選擇性差。二階低通濾波器（R₁=R₂=R，C₁=C₂=C)能克服一階低通濾波器的缺點(diǎn)。二階高通濾波器可以克服一階濾波器在w小于wo附近衰減慢的缺點(diǎn)。帶通濾波器品質(zhì)因數(shù)Q越大，通頻帶寬度越窄，則選擇性越好，改變Rf或RF可以改變Q和B，不影響fo。帶阻濾波器是抑制某個(gè)頻率范圍內(nèi)的頻率分量，使其衰減，而讓此頻帶以外的頻率順利通過。

21：數(shù)字濾波方法有（1）限定*大偏差法，它*要用于變化比較緩慢的參數(shù)。（2）算術(shù)平均值法。適用于壓力測量，流量測量。（3）加權(quán)平均濾波法。

22：模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換是指將模擬量變?yōu)閿?shù)字量。數(shù)/模（D/A）是指將數(shù)字量變?yōu)槟M量。

23：數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)是（1）分辨率：（2）精度：轉(zhuǎn)換器的精度是指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差。這種誤差由參數(shù)電壓的波動(dòng)，運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移，模擬開關(guān)的壓降以及電阻阻值的偏差引起的。（3）線性度。通常用非線性誤差的大小表示數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的線性度。（4）輸出電壓（或電流）的建立時(shí)間。

24：模擬量、轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法很多，目前用的較多的是逐次逼近法。

25：多路模擬開關(guān)環(huán)節(jié)通常在微機(jī)控制的檢測系統(tǒng)中，要采用多路信號(hào)，為了減少檢測通道的設(shè)備，而使多個(gè)信號(hào)的采樣共同使用一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，需將經(jīng)過多路傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)采用分時(shí)法切換到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上。

26由于多路模擬開關(guān)在接通時(shí)有一定的導(dǎo)通電阻，在某種情況下對(duì)信號(hào)的傳遞精度帶來較大影響，一般可通用加大負(fù)載阻抗以減小其影響。

27：采樣保持器的原理是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器在將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過程中需要一定的時(shí)間，這就要在模/數(shù)轉(zhuǎn)換開始時(shí)將信號(hào)電平保持住，而在模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。

28：為了使采樣保持器達(dá)到一定的精度，需在它的輸入級(jí)采用緩沖器，以減少信號(hào)源的輸出阻抗，增加負(fù)載的輸入阻抗。采樣開關(guān)被接通的時(shí)間稱為采樣時(shí)間。

七：傳感器檢測信號(hào)的細(xì)分與辨向原理

1：幾何量測量中采用機(jī)械式細(xì)分、光學(xué)式細(xì)分和電子式細(xì)分等方法。

2：辨向原理：相位角不能是0^o、180^o、360^o，否則會(huì)出現(xiàn)兩路信號(hào)剛好相差整數(shù)周期或相位剛好想反。

3：四倍細(xì)分電路：又稱直接細(xì)分。

29：按照干擾的來源可以分兩類是系統(tǒng)內(nèi)部的干擾和來自系統(tǒng)外部的干擾。

30：產(chǎn)生內(nèi)部干擾的因素有：信號(hào)通過公共電源，地線和傳輸線的阻抗相互耦合形成的干擾。

31：外部干擾的因素有：外部高壓電源因絕緣不佳形成的漏電，廣播電視，高頻感應(yīng)加熱等，空間電磁波的輻射，周圍機(jī)械振動(dòng)和沖擊的影響等。

32：形成干擾的三個(gè)條件是：干擾源，干擾的耦合通道，干擾的接收電路。

33：抑制干擾的方法有：（1）接地：在測量系統(tǒng)中有四種接地系統(tǒng)：**地，信號(hào)源地，數(shù)字信號(hào)地和模擬信號(hào)地。

（2）屏蔽：①靜電屏蔽：其方法有兩種?是用金屬屏蔽罩罩住帶靜電的物體，并將屏蔽罩接地，使罩外空間不存在靜電場?用屏蔽罩罩住測量電路，保證罩內(nèi)部存在靜電場。②低頻磁感應(yīng)屏蔽：其原理是使絕大部分磁通量經(jīng)屏蔽體通過，選用導(dǎo)磁性能好的材料做屏蔽罩。③高頻磁感應(yīng)屏蔽：其對(duì)輻射電磁場屏蔽。（3）隔離：變壓器隔離電路和光電耦合電路。

（4）濾波：①電源濾波②退耦濾波器③有源濾波④數(shù)字濾波

34：典型噪聲干擾的抑制（1）設(shè)備啟，停時(shí)產(chǎn)生的電火花干擾：消除這種干擾的方法通常是采用RC吸收電路，即將電阻R和電容C串聯(lián)后并聯(lián)到繼電器觸點(diǎn)或電源開關(guān)兩端。（2）共模噪聲：噪聲電壓或電流同時(shí)加到兩信號(hào)上所產(chǎn)生的噪聲稱共模噪聲。抑制這種干擾采用差分放大器，因?yàn)樗鼛缀鯇?duì)共模噪聲沒有放大作用。（3）串?dāng)_：克服串?dāng)_的有效方法是將不同信號(hào)線分開，并且留有*大可能的空間隔離。

35：克服串?dāng)_在設(shè)計(jì)及組裝檢測系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意的問題是：（1）信號(hào)線，數(shù)據(jù)線，控制線盡可能分開，以避免不同類型的走線平行或靠近。（2）走線盡可能短，盡可能不在集成芯片之間走線。（3）電源線和地線要設(shè)計(jì)的盡量粗而短。（4）對(duì)于單穩(wěn)態(tài)，多諧振蕩器等易受電源影響的器件，要在近旁的電源-地線之間接入電容器進(jìn)行去耦，易受干擾的器件要遠(yuǎn)離振蕩器。

36：傳感檢測系統(tǒng)中的微機(jī)接口是將被測的模擬量，經(jīng)過傳感器，放大器，采樣保持器，A/D轉(zhuǎn)換后輸入微型計(jì)算機(jī)。

37：傳感檢測系統(tǒng)中微機(jī)接口的基本方式是（1）開關(guān)量接口方式（2）數(shù)字量接口方式（3）模擬量接口方式。

38：ADC 與CPU的時(shí)間協(xié)調(diào)，其時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)比CPU的指令周期長。其控制方式有（1）延時(shí)等待式（2）中斷式。（3）查詢式。

39：液晶顯示器是一種低功耗器件，其液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)方式由電極引線的選擇方式確定一般有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和時(shí)分割驅(qū)動(dòng)。

40：為消除環(huán)境溫度的影響，需要對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，其補(bǔ)償在計(jì)算機(jī)能力允許時(shí)，可采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行，也可采用硬件電路實(shí)現(xiàn)。利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)常用公式法和表格法。

第九章 信號(hào)分析及其在測試中的應(yīng)用

1：信號(hào)有靜態(tài)信號(hào)與動(dòng)態(tài)信號(hào)。靜態(tài)信號(hào)是指其量值與時(shí)間無關(guān)的信號(hào)。動(dòng)態(tài)信號(hào)是指其量值隨時(shí)間變化的信號(hào)。

2：信號(hào)分為確定性信號(hào)與非確定性信號(hào)。

3：確定性信號(hào)是指能用明確的數(shù)字解析關(guān)系式或圖表描述的信號(hào)。確定性信號(hào)分為周期信號(hào)和非周期信號(hào)。

4：周期信號(hào)是指若信號(hào)依一定的時(shí)間間隔T周而復(fù)始，則該信號(hào)為周期信號(hào)。實(shí)際上周期信號(hào)往往不是僅含一個(gè)正（余）弦的簡單周期信號(hào)，但它們具有取值周期重復(fù)性的特征。

5：非周期信號(hào)是指在時(shí)域內(nèi)不按周期重復(fù)出現(xiàn)，但仍可用明確的數(shù)字關(guān)系式或圖表描述的信號(hào)。

6：非確定性信號(hào)是指非周期性信號(hào)時(shí)域波形不確定，無法用確切的數(shù)字關(guān)系式描述，也不能準(zhǔn)確預(yù)測未來的結(jié)果的信號(hào)。

7：模擬信號(hào)是指在某一自變量連續(xù)變化的間隔內(nèi)，信號(hào)的數(shù)值連續(xù)，為模擬信號(hào)。

8：離散信號(hào)是指自變量在某些不連續(xù)數(shù)值時(shí)，輸出信號(hào)才具有確定值稱為離散信號(hào)。

9：數(shù)字信號(hào)是指如果將其各離散點(diǎn)的幅值也作離散化，以二進(jìn)制編碼表示。

10：信號(hào)均值Ux是指信號(hào)x（t）在整個(gè)時(shí)間坐標(biāo)的積分平均，它表示信號(hào)中常值分量或直流分量。

11：信號(hào)的方差是指描述信號(hào)的(波動(dòng)范圍)，其正平方根бx=√б²x稱為信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差。

12：信號(hào)的均方值描述信號(hào)的強(qiáng)度，表示信號(hào)的(平均功率)。

13：信號(hào)的概率密度函數(shù)描述了信號(hào)的（指定幅值的取值機(jī)會(huì)）。

14：任意一個(gè)周期信號(hào)x（t）都可認(rèn)為由兩類基本信號(hào)組成一類是以ao描述的直流分量，一類是由許多正交的，幅值分別以an和bn描述的，頻率各為基頻整數(shù)倍的余弦和正弦分量的迭加而組成。

15：周期信號(hào)頻譜的特點(diǎn)：（1）離散性：頻譜譜線是離散的。（2）收斂性：諧波幅值總的趨勢(shì)隨諧波次數(shù)的增加而降低。（3）諧波性：譜線只出現(xiàn)在基頻整數(shù)倍的頻率處。

16：非周期信號(hào)包括準(zhǔn)周期信號(hào)和瞬態(tài)信號(hào)。準(zhǔn)周期信號(hào)的特點(diǎn)是譜線離散，并無法確定其基頻wo和諧頻now，只有頻率分量幅值大小而沒有共同周期。

17：振動(dòng)測試的目的是（1）檢查機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)特性，檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。（2）考核機(jī)器設(shè)備承受振動(dòng)和沖擊的能力及對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征進(jìn)行測試。（3）分析查明振動(dòng)產(chǎn)生的原因，尋找振源，為減振和隔振措施提供資料。（4）對(duì)工作機(jī)器進(jìn)行故障監(jiān)控，避免重大事故發(fā)生。

18：振動(dòng)測試的內(nèi)容是（1）振動(dòng)參數(shù)的測試：對(duì)振動(dòng)的位移，幅值，頻率，相位，波形等參數(shù)的測定。（2）物體結(jié)構(gòu)參數(shù)的測試：對(duì)結(jié)構(gòu)的固有頻率，阻尼，剛性，振型等參數(shù)的測定。

19：按產(chǎn)生振動(dòng)的原因可分為自由振動(dòng)，強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)；按振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)特性可分為線性振動(dòng)和非線性振動(dòng)；按振動(dòng)的規(guī)律可分確定性振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)。

20：振動(dòng)的激勵(lì)方式有（1）穩(wěn)態(tài)正弦激振（2）隨機(jī)激振（3）瞬態(tài)激振。常用的瞬態(tài)激振是①快速正弦掃描激振②脈沖激振③階躍激振

21：激振器是對(duì)被測對(duì)象施加某種預(yù)定要求的激振力，從而激起被測對(duì)象振動(dòng)的裝置。

22：電動(dòng)式激振器按其磁場形成的方法是永磁式和勵(lì)磁式。前者多用于小型激振器，后者用于較大型的激振器。它主要用于對(duì)被測對(duì)象作優(yōu)良激振。

23：振動(dòng)測試的方法有機(jī)械法，電測法和光學(xué)法。

24：電測法測振系統(tǒng)有（1）壓電式測振系統(tǒng)：它是利用壓電式加速度傳感器直接測得振動(dòng)加速度的測振系統(tǒng)。（2）磁電式測振系統(tǒng)：該系統(tǒng)用磁電式傳感器吧振動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)測振儀器進(jìn)一步變換，再由指示儀器指出其振動(dòng)值或用記錄儀器記錄出波形，或直接由數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行需要的數(shù)據(jù)處理。（3）電參數(shù)測振系統(tǒng)：該系統(tǒng)采用電容式或電感式，電阻應(yīng)變式，渦流式傳感器吧振動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換成電容或電感，電阻，電抗等電參數(shù)變化進(jìn)行測振的系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是傳感器大多數(shù)為非接觸式，且靈敏度較高，適于微小振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)體測振。

25：機(jī)械阻抗的倒數(shù)稱為機(jī)械導(dǎo)納。

26：機(jī)械阻抗是復(fù)數(shù)，，可寫成幅值，相角或?qū)嵅?，虛部形式，也可用幅，相特性或奈奎斯特圖表示。

27：功率譜密度函數(shù)，可用于工業(yè)設(shè)備工作狀況的分析和故障診斷。